BR102016023757A2 - PORTABLE DIAGNOSTIC TEST FOR QUALIFICATION AND QUANTIFICATION OF DIFFERENT CELL TYPES AND USE - Google Patents
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Abstract
teste diagnóstico portátil para qualificação e quantificação de diferentes tipos de células e uso um teste para fazer diagnósticos composto por hardware e software. a amostra testada inclui mas não se limita ao sangue, fluidos corpóreos, e outros componentes que possam estar presentes no corpo humano. o teste é constituído por câmera portátil, software, sistema de inteligência artificial, banco de dados, um dispositivo de hardware onde existe pelo menos uma fonte de luz e um local controlado para depositar a amostra. as imagens são captadas pelo sistema portátil de hardware que trabalha em conjunto com o sistema de inteligência artificial para análise qualitativa e quantitativa das informações obtidas sobre a fluorescência e a morfologia da amostra. o campo técnico da invenção está relacionado a dispositivos e métodos de imageamento com fonte de luz coerente como holografia digital (hd) e microscopia holográfica digital (mhd) para exames de sangue e outros fluidos.Portable diagnostic testing to qualify and quantify different cell types and use a hardware and software diagnostic test. The sample tested includes but is not limited to blood, body fluids, and other components that may be present in the human body. The test consists of a portable camera, software, artificial intelligence system, database, a hardware device where there is at least one light source and a controlled place to deposit the sample. The images are captured by the portable hardware system that works in conjunction with the artificial intelligence system for qualitative and quantitative analysis of the information obtained on the fluorescence and morphology of the sample. The technical field of the invention relates to coherent light source imaging devices and methods such as digital holography (hd) and digital holographic microscopy (mhd) for blood tests and other fluids.
Description
(54) Título: TESTE DIAGNÓSTICO PORTÁTIL PARA QUALIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE DIFERENTES TIPOS DE CÉLULAS E USO (51) Int. Cl.: A61B 5/145 (52) CPC: A61B 5/14532 (73) Titular(es): PATRÍCIA GUEDES BRAGUINE, GUERN TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO LTDA - ME, FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS UFSCAR (72) Inventor(es): PATRÍCIA GUEDES BRAGUINE; FILIPPO GHIGLIENO (57) Resumo: TESTE DIAGNÓSTICO PORTÁTIL PARA QUALIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE DIFERENTES TIPOS DE CÉLULAS E USO Um teste para fazer diagnósticos composto por hardware e software. A amostra testada inclui mas não se limita ao sangue, fluidos corpóreos, e outros componentes que possam estar presentes no corpo humano. O teste é constituído por câmera portátil, software, sistema de inteligência artificial, banco de dados, um dispositivo de hardware onde existe pelo menos uma fonte de luz e um local controlado para depositar a amostra. As imagens são captadas pelo sistema portátil de hardware que trabalha em conjunto com o sistema de inteligência artificial para análise qualitativa e quantitativa das informações obtidas sobre a fluorescência e a morfologia da amostra. O campo técnico da invenção está relacionado a dispositivos e métodos de imageamento com fonte de luz coerente como Holografia Digital (HD) e Microscopia Holográfica Digital (MHD) para exames de sangue e outros fluidos.(54) Title: PORTABLE DIAGNOSTIC TEST FOR QUALIFICATION AND QUANTIFICATION OF DIFFERENT TYPES OF CELLS AND USE (51) Int. Cl .: A61B 5/145 (52) CPC: A61B 5/14532 (73) Owner (s): PATRÍCIA GUEDES BRAGUINE, GUERN TECNOLOGIA DA INFORMÇÃO LTDA - ME, FOUNDATION UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS UFSCAR (72) Inventor (s): PATRÍCIA GUEDES BRAGUINE; FILIPPO GHIGLIENO (57) Abstract: PORTABLE DIAGNOSTIC TEST FOR QUALIFICATION AND QUANTIFICATION OF DIFFERENT TYPES OF CELLS AND USE A test to make diagnostics consisting of hardware and software. The tested sample includes but is not limited to blood, body fluids, and other components that may be present in the human body. The test consists of a portable camera, software, artificial intelligence system, database, a hardware device where there is at least one light source and a controlled place to deposit the sample. The images are captured by the portable hardware system that works in conjunction with the artificial intelligence system for qualitative and quantitative analysis of the information obtained about the sample's fluorescence and morphology. The technical field of the invention is related to devices and imaging methods with a coherent light source such as Digital Holography (HD) and Digital Holographic Microscopy (MHD) for blood tests and other fluids.
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TESTE DIAGNÓSTICO PORTÁTIL PARA QUALIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DE DIFERENTES TIPOS DE CÉLULAS E USOPORTABLE DIAGNOSTIC TEST FOR QUALIFICATION AND QUANTIFICATION OF DIFFERENT TYPES OF CELLS AND USE
CAMPO DA INVENÇÃO [001] O campo técnico da invenção está relacionado a dispositivos e métodos de imageamento com fonte de luz coerente como Holografia Digital (HD) e Microscopia Holográfica Digital (MHD) para exames de sangue e outros fluidos.FIELD OF THE INVENTION [001] The technical field of the invention is related to devices and imaging methods with a coherent light source such as Digital Holography (HD) and Digital Holographic Microscopy (MHD) for blood tests and other fluids.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [002] A técnica de holografia permite gravar a intensidade e a fase de uma frente de onda sobre um suporte físico e subsequentemente reconstruir a informação iluminando a gravação com uma fonte igual àquela de origem. Na holografia digital o suporte físico é um sensor CCD de uma câmera e a reconstrução é feita por meio de software, iluminando 'virtualmente' a gravação. Alguns dos benefícios dessa técnica são: a possibilidade de fornecer imagens livres de marcadores quantitativos e de aplicação de forma não destrutiva, a caracterização da topografia e análise da morfologia com um procedimento minimamente invasivo, e a não necessidade do processamento químico de um papel fotográfico. Além disso uma imagem holográfica compacta em um suporte 2D informação 3D do alvo permitindo reconstrução volumétrica, na holografia digital o software reconstrói a morfologia tridimensional da amostra. Vale a pena ressaltar que no caso da microscopia holográfica digital (DHM), a técnica permite aumentar a profundidade de foco, limitada na microscopia tradicional pela presença das lentes.BACKGROUND OF THE INVENTION [002] The holography technique allows recording the intensity and phase of a wavefront on a physical medium and subsequently reconstructing the information by lighting the recording with a source equal to that of the source. In digital holography the physical support is a CCD sensor on a camera and the reconstruction is done by means of software, illuminating the recording virtually. Some of the benefits of this technique are: the possibility of providing images free of quantitative markers and of application in a non-destructive way, the characterization of the topography and analysis of the morphology with a minimally invasive procedure, and the no need for chemical processing of a photographic paper. In addition a compact holographic image on a 2D support 3D information of the target allowing volumetric reconstruction, in digital holography the software reconstructs the sample's three-dimensional morphology. It is worth mentioning that in the case of digital holographic microscopy (DHM), the technique allows to increase the depth of focus, limited in traditional microscopy by the presence of the lenses.
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2/20 [003] O Microscópio Holográfico (MH) já foi utilizado para fazer diferentes tipos de inspeções, mas apenas recentemente começou ser utilizado para aplicações em hematologia e até hoje permanece como tecnologia difusa só em laboratórios de pesquisa. De fato, a técnica é muito eficaz quando falamos sobre a qualidade das imagens mas tem algumas limitações quando olhamos para os custos envolvidos e a infraestrutura necessária. Por exemplo, são necessárias pessoas com um alto nível de treinamento para a efetuação da análise, disposição de espaço para o equipamento, e até um alto investimento inicial na compra dos microscópios. Em áreas pobres e remotas, esta técnica é raramente utilizada e todos os benefícios que as imagens gravadas com luz coerente poderiam oferecer em termos de tempo e assertividade são, infelizmente, desperdiçados. As aplicações relacionadas com análises em hematologia podem melhorar de forma significativa a qualidade do sistema de saúde. Acreditamos que temos a oportunidade de estarmos envolvidos no processo de diminuição dos custos dos equipamentos para diagnóstico, aumento e expansão do seu uso, e também na prevenção, detecção e acompanhamento de doenças.2/20 [003] The Holographic Microscope (MH) has been used to perform different types of inspections, but it has only recently started to be used for applications in hematology and until today it remains a diffuse technology only in research laboratories. In fact, the technique is very effective when we talk about the quality of the images but it has some limitations when we look at the costs involved and the necessary infrastructure. For example, people with a high level of training are required to carry out the analysis, provision of space for the equipment, and even a high initial investment in the purchase of microscopes. In poor and remote areas, this technique is rarely used and all the benefits that images recorded with coherent light could offer in terms of time and assertiveness are, unfortunately, wasted. Applications related to hematology analysis can significantly improve the quality of the health system. We believe that we have the opportunity to be involved in the process of reducing the cost of equipment for diagnosis, increasing and expanding its use, and also in the prevention, detection and monitoring of diseases.
[004] A MHD é usada para monitoração dos ciclos celulares e também em testes de microestruturas, onde são medidas três distribuições dimensionais das partículas que incluem mas não se limitam às células vermelhas do sangue (RBC), e aos glóbulos brancos (WBC).[004] MHD is used for monitoring cell cycles and also in microstructure tests, where three dimensional particle distributions are measured that include but are not limited to red blood cells (RBC), and white blood cells (WBC).
[005] Considerando também os grandes avanços técnicos que têm ocorrido em lasers, em sistemas de câmera, e o gradativo aumento da velocidade de processamento dos computadores, novas possibilidades de uso desses equipamentos estão sendo viabilizadas. Atualmente as[005] Considering also the great technical advances that have occurred in lasers, in camera systems, and the gradual increase in the processing speed of computers, new possibilities of using this equipment are being made possible. Currently the
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3/20 câmeras digitais profissionais ou mesmo aquelas que podem ser encontradas em dispositivos móveis (tablets e smartphones) passaram de potenciais ferramentas a componentes reais em algumas configurações de experimentos em laboratórios científicos. O que fizemos foi definir uma aplicação aliando técnicas de microscopia a um sistema de inteligência artificial capaz de realizar predição analítica.3/20 professional digital cameras or even those that can be found on mobile devices (tablets and smartphones) went from potential tools to real components in some configurations of experiments in scientific laboratories. What we did was to define an application by combining microscopy techniques with an artificial intelligence system capable of performing analytical prediction.
[006] O protótipo explora algumas propriedades da microscopia de holografia, microscopia de fluorescência e de um sistema de inteligência artificial, compreendendo um teste com imageamento portátil e compacto. Do ponto de vista operacional, alguns elementos foram estrategicamente inseridos no setup para a efetuação de inspeções qualitativas e quantitativas. A contagem e a categorização automática dos elementos celulares assim como a possibilidade do uso de vídeos para a captura de dados extraídos do fluxo de sangue também foram avanços integrados no desenvolvimento do protótipo. O sistema para a predição de doenças se baseia nos dados coletados em um único teste e também no histórico dos exames realizados utilizando o dispositivo, contribuindo de forma positiva para o diagnóstico precoce. O acompanhamento da evolução das Células Tumorais Circulantes (CTCs) pode também se beneficiar dessa abordagem que é segura, minimamente invasiva, e indolor.[006] The prototype explores some properties of holography microscopy, fluorescence microscopy and an artificial intelligence system, comprising a test with portable and compact imaging. From an operational point of view, some elements were strategically inserted in the setup to carry out qualitative and quantitative inspections. The counting and automatic categorization of cellular elements as well as the possibility of using videos to capture data extracted from the blood flow were also integrated advances in the development of the prototype. The disease prediction system is based on data collected in a single test and also on the history of tests performed using the device, making a positive contribution to early diagnosis. Monitoring the evolution of Circulating Tumor Cells (CTCs) can also benefit from this approach that is safe, minimally invasive, and painless.
ESTADO DA TÉCNICA [007] Dentre os avanços realizados na integração de tecnologia móvel às aplicações laboratoriais, foram feitos alguns progressos na tentativa de se integrar câmerasSTATE OF THE TECHNIQUE [007] Among the advances made in the integration of mobile technology with laboratory applications, some progress has been made in the attempt to integrate cameras
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4/20 de telefones móveis com testes de diagnóstico. Por exemplo, Aruan et al. mostrou que telefones (iPhones e Androids), com mais de 5 megapixels (MP) são capazes de quase atingirem uma resolução limitada pela difração sobre uma ampla gama de ampliações, incluindo as que são relevantes para imagens de células in Quantítatíve Imagíng wíth a Mobile Phone Microscope, PLOS One, www.plosone. org, Vol. 9, Issue 5, (2014) . Em outro exemplo, Pham et al. desenvolveu um instrumento altamente sensível, que opera em tempo real, sem intervenção humana. Pham et al. Testes em Real Time Blood Testing Usíng Quantítatíve Phase Imagíng, PLOS One, www.plusone.org Vol.8, Edição 2, (2013). Breslauer et.al relatou o desenvolvimento de um anexo de microscópio de alta resolução para telefones móveis habilitados para câmera em Mobile Phone Based Clinicai Microscopy for Global Health Applications, PLOS One, Vol. 4, Número 7, (2009).4/20 mobile phones with diagnostic tests. For example, Aruan et al. showed that phones (iPhones and Androids), with more than 5 megapixels (MP) are capable of almost reaching a resolution limited by diffraction over a wide range of magnifications, including those that are relevant for cell images in Quantítatíve Imagíng wíth a Mobile Phone Microscope, PLOS One, www.plosone. org, Vol. 9, Issue 5, (2014). In another example, Pham et al. developed a highly sensitive instrument, which operates in real time, without human intervention. Pham et al. Real Time Tests Blood Testing Usíng Quantítatíve Phase Imagíng, PLOS One, www.plusone.org Vol.8, Edition 2, (2013). Breslauer et.al reported the development of a high resolution microscope attachment for camera-enabled mobile phones at Mobile Phone Based Clinic Microscopy for Global Health Applications, PLOS One, Vol. 4, Number 7, (2009).
[008] Em uma modalidade da invenção, um sistema para fazer um teste portátil de sangue, de componentes celulares, e de fluidos corpóreos que compreende: um software de inteligência artificial para contagem, classificação e predição analítica; um software baseado na nuvem para reconstrução de imagens; uma base de dados; uma câmera; um dispositivo contendo, pelo menos, uma fonte de luz em seu interior e um local para inserir a amostra; um filtro para diminuição da intensidade do laser; um segundo filtro para a captação de fluorescência.[008] In an embodiment of the invention, a system for making a portable test of blood, cellular components, and body fluids comprising: artificial intelligence software for counting, classification and analytical prediction; cloud-based software for image reconstruction; a database; a camera; a device containing at least one light source inside and a place to insert the sample; a filter to decrease the laser intensity; a second filter for capturing fluorescence.
[009] Em uma outra modalidade da invenção, um método de monitoramento da saúde de um indivíduo onde é criado um histórico de informações obtido através do uso do teste IG11. Esse processo compreende: o envio da(s) imagem(s) de teste de sangue para um sistema de inteligência artificial; o cruzamento de informações dos bancos com as[009] In another embodiment of the invention, a method of monitoring the health of an individual where a history of information obtained through the use of the IG11 test is created. This process comprises: sending the blood test image (s) to an artificial intelligence system; the crossing of information from banks with
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5/20 imagens enviadas; o estudo pelo sistema de Inteligência Artificial para detecção de anomalias, semelhanças, a elaboração de um relatório, e o envio da caracterização qualitativa e quantitativa ao usuário.5/20 images sent; the study by the Artificial Intelligence system to detect anomalies, similarities, the elaboration of a report, and the sending of qualitative and quantitative characterization to the user.
[010] Em uma outra modalidade da invenção, um método de teste e de monitoramento das Células Tumorais Circulantes (CTCs) e da evolução de pacientes que apresentam diagnóstico positivo para a presença dessas células no sangue. Este método compreende a efetuação de testes periódicos utilizando o IG11 onde é feito o envio da(s) imagem (s) extraídas com o uso do dispositivo para o sistema de inteligência artificial utilizando a internet; categorização da imagem; reconhecimento e listagem de informações sobre anomalias, semelhanças, cruzamentos de linhagens tumorais; e a emissão de um relatório quantitativo.[010] In another embodiment of the invention, a method of testing and monitoring of Circulating Tumor Cells (CTCs) and the evolution of patients who have a positive diagnosis for the presence of these cells in the blood. This method comprises the performance of periodic tests using the IG11 where the image (s) extracted using the device are sent to the artificial intelligence system using the internet; image categorization; recognition and listing of information on anomalies, similarities, crossings of tumor lines; and issuing a quantitative report.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS [011] As Figuras 1A, 1B, e 1C proporcionam uma vista do dispositivo de acordo com uma forma de realização. As partes removíveis também aparecem indicadas.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [011] Figures 1A, 1B, and 1C provide a view of the device according to an embodiment. Removable parts are also indicated.
[012] A Figura 2 mostra uma configuração alternativa do dispositivo de acordo com outra forma de realização. As partes removíveis também aparecem indicadas.[012] Figure 2 shows an alternative configuration of the device according to another embodiment. Removable parts are also indicated.
[013] A Figura 3 mostra uma figura esquemática do funcionamento do sistema.[013] Figure 3 shows a schematic figure of the system's operation.
[014] A Figura 4 ilustra a lógica do sistema de predição analítica e do mapeamento de anomalias.[014] Figure 4 illustrates the logic of the analytical prediction system and anomaly mapping.
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6/20 [015] A Figuras 5A fornece as telas que serão utilizadas como parte da interface com o usuário antes da inserção da amostra no dispositivo.6/20 [015] Figures 5A provides the screens that will be used as part of the user interface before inserting the sample into the device.
[016] As Figuras 5B e 5C mostram como os resultados do teste serão apresentados ao utilizador, através da interface do aplicativo ou acesso direto à área do usuário no site.[016] Figures 5B and 5C show how the test results will be presented to the user, through the application interface or direct access to the user area on the website.
[017] As Figuras 6A e 6B ilustram consecutivamente imagens reconstruídas a partir de um holograma digital.[017] Figures 6A and 6B illustrate consecutively reconstructed images from a digital hologram.
[018] A Figura 7A fornece uma imagem de componentes de uma amostra de sangue humano.[018] Figure 7A provides an image of components of a human blood sample.
[019] A Figura 7B ilustra uma ampliação de um dos componentes do sangue vistos com a utilização de filtro e luz LED.[019] Figure 7B illustrates an enlargement of one of the blood components seen using a filter and LED light.
[020] A Figura 7C ilustra um componente isolado do sangue.[020] Figure 7C illustrates an isolated blood component.
[021] A Figura 7D ilustra a imagem 7C após receber tratamento e reconstrução não holográfica em 3D.[021] Figure 7D illustrates image 7C after receiving treatment and non-holographic 3D reconstruction.
[022] A Figura 8 ilustra esquematicamente novas possibilidades para monitoramento da saúde.[022] Figure 8 illustrates schematically new possibilities for health monitoring.
DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS [023] As Figuras 1A, 1B, 1C ilustram uma vista do dispositivo de hardware. O dispositivo consiste em uma estrutura rígida (110), que deve ser apoiada sobre uma superfície plana, estável e sem vibrações. A amostra (108) deve ser depositada em local controlado, sobre uma lâmina preparada (106) que pode ser feita de vidro ou de material polimérico. Essa lâmina pode conter em sua constituição ouDETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [023] Figures 1A, 1B, 1C illustrate a view of the hardware device. The device consists of a rigid structure (110), which must be supported on a flat, stable and vibration-free surface. The sample (108) must be deposited in a controlled place, on a prepared slide (106) that can be made of glass or polymeric material. This blade may contain in its constitution or
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7/20 em sua superfície, substâncias conhecidas como marcadores químicos. Imediatamente sobre a amostra 108 existe uma segunda lâmina (130), que a pressiona. A estrutura rígida (110) pode conter uma ou mais entradas (112) e (113), que servem como portas para conexão com dispositivos externos e/ou para carregamento de energia. A entrada (112) pode ser uma porta USB e a entrada (113) uma entrada para outro tipo de cabo. No caso de porta USB, o dispositivo pode ser conectado a um celular, tablet, notebook, ou qualquer outro device para que seja feita a transmissão de dados para o sistema com arquitetura detalhada na Figura 3. Na Figura 1A a fonte de luz (100) pode ser uma fonte de luz branca ou mesmo uma fonte de luz coerente. No caso em que a fonte de luz utilizada for de luz coerente, ela pode variar entre visível e infravermelho. É possível ainda que se tenha uma combinação onde exista uma segunda fonte de luz (102) que também pode ser branca ou coerente. As fontes de luz podem estar sobre uma plataforma (105) onde é possível selecionar o tipo de luz a ser usado no decorrer do teste.7/20 on its surface, substances known as chemical markers. Immediately on sample 108 there is a second blade (130), which presses it. The rigid structure (110) can contain one or more inputs (112) and (113), which serve as ports for connecting to external devices and / or for charging energy. The input (112) can be a USB port and the input (113) an input for another type of cable. In the case of a USB port, the device can be connected to a cell phone, tablet, notebook, or any other device so that data can be transmitted to the system with architecture detailed in Figure 3. In Figure 1A the light source (100 ) can be a white light source or even a coherent light source. In the event that the light source used is coherent light, it can vary between visible and infrared. It is also possible to have a combination where there is a second light source (102) that can also be white or coherent. The light sources can be on a platform (105) where it is possible to select the type of light to be used during the test.
[024] A amostra como indicado nas Figuras 1A, 1B, e 1C, deve ser inserida em local controlado e necessariamente sofrer uma leve compressão, que pode ser causada pelo depósito de uma segunda lâmina sobre a sua superfície ou ainda por um arrastamento causado pelo encaixe da amostra no suporte. A amostra pode ser sangue, urina, fluidos corpóreos ou algum outro componente que não faça parte originalmente da constituição do corpo humano mas que nele esteja presente. Por exemplo: vírus, algumas bactérias, e nanopartículas.[024] The sample as indicated in Figures 1A, 1B, and 1C, must be inserted in a controlled location and necessarily undergo a slight compression, which can be caused by the deposition of a second slide on its surface or by a drag caused by fit the sample to the holder. The sample can be blood, urine, body fluids or some other component that is not originally part of the constitution of the human body but that is present in it. For example: viruses, some bacteria, and nanoparticles.
[025] O invólucro do dispositivo ilustrado nas[025] The device housing illustrated in
Figuras 1A, 1B, e 1C pode ter diferentes geometrias e podeFigures 1A, 1B, and 1C can have different geometries and can
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8/20 conter local para inserção de apoio (118) para a estabilização mecânica da câmera ou do dispositivo móvel. Por existir uma grande necessidade de controle da estabilidade sistema, suportes adicionais podem ser acrescentados. Os locais (118) também podem servir para encaixe do dispositivo no IG11. Após a realização da captura das imagens, deve-se fazer o envio destas pela internet através de Wi-Fi, cabo, bluetooth, ou até mesmo através do descarregamento dessas imagens em um computador. Nesse caso, deverá ser efetuado o upload dessas imagens e preenchimento das informações na plataforma online, em substituição ao aplicativo (que conta com as mesmas funcionalidades).8/20 contain a place for inserting support (118) for the mechanical stabilization of the camera or mobile device. As there is a great need for system stability control, additional supports can be added. The locations (118) can also be used to fit the device to the IG11. After capturing the images, they must be sent over the internet via Wi-Fi, cable, bluetooth, or even by downloading these images on a computer. In this case, these images must be uploaded and information filled in on the online platform, replacing the application (which has the same functionality).
[026] A Figura 2 mostra uma segunda configuração do dispositivo onde a fonte de luz é esquematicamente direcionada para um espelho localizado entre a fonte emissora e a amostra. Esse espelho tem como objetivo a divisão do feixe vindo de uma das fontes de luz. Uma porção do feixe percorre trajetória retilínea, sofrendo uma baixa difração enquanto o feixe refletido percorre uma segunda trajetória atravessando a amostra. Ambos os feixes secundários se interceptam na amostra. A lente deve estar posicionada após a amostra, em lado oposto ao do laser.[026] Figure 2 shows a second device configuration where the light source is schematically directed to a mirror located between the emitting source and the sample. This mirror aims to split the beam from one of the light sources. A portion of the beam travels a straight path, suffering low diffraction while the reflected beam travels a second path through the sample. Both secondary bundles intersect in the sample. The lens must be positioned after the sample, opposite the laser.
[027] As configurações esquematizadas nas Figuras 1A, 1B, 1C e 2, mostram necessariamente a participação de[027] The configurations outlined in Figures 1A, 1B, 1C and 2, necessarily show the participation of
necessariamente contenha resolução superior a 5 megapixels.necessarily contain a resolution greater than 5 megapixels.
[028] O sistema pode ainda conter a lente (124) disposta entre a amostra (108) e o dispositivo (120).[028] The system may also contain the lens (124) disposed between the sample (108) and the device (120).
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9/20 [029] Ainda sobre as Figuras 1A, 1B, 1C e Figura 2, a parte rígida (110) e alguns dos componentes do IG11 podem ser reutilizados inúmeras vezes sem que haja risco de contaminação uma vez que a lâmina (108), que contém a amostra, pode ser integralmente removida. É importante notar que após a utilização de cada uma das lâminas, estas devem ser completamente descartadas e não podem ser reutilizadas. O dispositivo pode vir acompanhado de apenas uma ou de inúmeras lâminas-reservas.9/20 [029] Still on Figures 1A, 1B, 1C and Figure 2, the rigid part (110) and some of the components of the IG11 can be reused numerous times without the risk of contamination once the blade (108) , which contains the sample, can be removed entirely. It is important to note that after using each of the blades, they must be completely discarded and cannot be reused. The device may be accompanied by only one or several reserve blades.
[030] Nas Figuras 1A, 1B, 1C, e Figura 2 a amostra (108) deverá estar disposta em local controlado e marcado para o recebimento correto da iluminação e se for o caso, dos marcadores químicos. Após a inserção da amostra, devese iniciar a captura das imagens.[030] In Figures 1A, 1B, 1C, and Figure 2 the sample (108) must be arranged in a controlled and marked place for the correct reception of the lighting and, if applicable, of the chemical markers. After inserting the sample, you should start capturing the images.
[031] Como descrito mais detalhadamente abaixo, não é necessário que se tenha um software diferente daquele que vem com o dispositivo com a função de otimizar a captura de imagem. A câmera a ser utilizada, que pode vir ou não com as opções de flash e de foco automático, deve ter preferencialmente a funcionalidade de auto-foco desabilitada e desligada a função flash ou qualquer outra que possa alterar as condições de iluminação da amostra.[031] As described in more detail below, it is not necessary to have software other than the one that comes with the device with the function of optimizing image capture. The camera to be used, which may or may not come with flash and autofocus options, should preferably have the auto-focus feature disabled and the flash function or any other that may change the lighting conditions of the sample.
[032] O dispositivo IG11 pode contar pilhas ou baterias armazenadas em (115) ou alternativamente pode ser carregado pelas portas (112) e (113), ou ainda por conexão em linha com outro dispositivo, respeitando as especificações de voltagem. O dispositivo aqui descrito pode ser utilizado em conjunto com diferentes devices como smartphones, tablets e câmeras digitais, uma vez que não é necessária a existência de um prompt externo para a sua utilização. O que se requer é o uso de dispositivo com[032] The IG11 device can count batteries or batteries stored in (115) or alternatively it can be charged through ports (112) and (113), or by connecting in line with another device, respecting the voltage specifications. The device described here can be used in conjunction with different devices such as smartphones, tablets and digital cameras, since it is not necessary to have an external prompt for its use. What is required is the use of a device with
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10/20 câmera de pelo menos 5 megapixels.10/20 camera of at least 5 megapixels.
[033] Ainda sobre as Figuras 1A, 1B, 1C e Figura 2, os dispositivos nelas descritos podem conter um filtro (140) com a função de atenuar a fonte de luz antes que essa atinja a amostra. Um filtro espacial é essencialmente um dispositivo de convergência de feixe acoplado com um filtro. O filtro, ou pinhole em nossa configuração, é usado para remover padrões de interferência em um feixe de laser causados por difração de pó, pêlos, imperfeições das lentes, etc., que fazem parte de qualquer sistema óptico. A interferência de difração degrada o feixe de laser através da produção de fase e variações de amplitude.[033] Still on Figures 1A, 1B, 1C and Figure 2, the devices described therein may contain a filter (140) with the function of attenuating the light source before it reaches the sample. A spatial filter is essentially a beam convergence device coupled with a filter. The filter, or pinhole in our configuration, is used to remove interference patterns in a laser beam caused by powder diffraction, hair, lens imperfections, etc., which are part of any optical system. Diffraction interference degrades the laser beam by producing phase and amplitude variations.
[034] Os esquemas representados pelas Figuras 1A, 1B, 1C e Figura 2 podem conter um segundo filtro (134) com função diferente daquela do filtro (126). Nesse caso, o filtro está entre a amostra e a lente (124) podendo ser depositado diretamente sobre a lâmina (114) que pressiona a amostra. Pode também estar preso à estrutura (118) pertencente ao suporte em posição que se encontra entre a amostra e a lente do dispositivo. Esse filtro pode ser removível e substituível, dependendo do tipo da amostra que se queira testar.[034] The diagrams represented by Figures 1A, 1B, 1C and Figure 2 may contain a second filter (134) with a different function than that of the filter (126). In this case, the filter is between the sample and the lens (124) and can be deposited directly on the slide (114) that presses the sample. It can also be attached to the structure (118) belonging to the support in a position that is between the sample and the lens of the device. This filter can be removable and replaceable, depending on the type of sample you want to test.
[035] Os dispositivos ilustrados nas Figuras 1A, 1B, 1C e na Figura 2 apresentam configurações do hardware utilizado para a captação das imagens. Para a detecção das células da série branca e da série vermelha, é necessário que a amostra tenha um volume inferior a 1 mililitro. Já para a detecção das CTCs é necessário que se tenha um volume inferior a 5 mililitros.[035] The devices illustrated in Figures 1A, 1B, 1C and Figure 2 present configurations of the hardware used to capture the images. For the detection of cells of the white series and the red series, it is necessary that the sample has a volume of less than 1 milliliter. For the detection of CTCs, it is necessary to have a volume of less than 5 milliliters.
[036] A Figura 2 mostra uma configuração onde um espelho (117) foi inserido no sistema de modo a fazer com[036] Figure 2 shows a configuration where a mirror (117) was inserted in the system in order to make
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11/20 que o feixe percorra dois caminhos diferentes e seja reunido novamente na amostra. Essa configuração faz com que o holograma seja reconstruído com um ganho alto na qualidade.11/20 that the beam travels two different paths and is reunited in the sample. This configuration causes the hologram to be reconstructed with a high gain in quality.
[037] A lente (116) utilizada no decorrer dos testes foi produzida de forma a ser ultrafina para que houvesse aumento do nível de compactação do sistema e redução do volume de material a ser descartado. O sistema pode exibir uma ou mais lentes ultrafinas em sua composição, em diferentes locais, inclusive podem ser inseridas diretamente sobre a superfície da lente de dispositivos como smartphones, tablets, computadores. Nesses casos, a lente deve ser posicionada de forma centralizada para possibilitar o seu total aproveitamento.[037] The lens (116) used during the tests was produced in order to be ultrafine so that there was an increase in the level of compaction in the system and a reduction in the volume of material to be discarded. The system can display one or more ultra-thin lenses in its composition, in different locations, and can even be inserted directly on the lens surface of devices such as smartphones, tablets, computers. In such cases, the lens must be positioned centrally to allow its full use.
[038] Conforme Figura 3, as imagens obtidas pelo IG11, aquí representado pelas Figuras 1A, 1B, 1C e Figura 2, são enviadas e apenas então processadas pelo sistema armazenado na nuvem ou em servidor físico externo. Nos dispositivos móveis é apenas realizado o processamento básico, efetuado em qualquer imagem. A funcionalidade explorada nesses dispositivos é aquela referente à captação da imagem. Desta forma, após se fazer o envio para sistema armazenado na nuvem, as informações começam a ser extraídas a partir das imagens coletadas.[038] According to Figure 3, the images obtained by IG11, here represented by Figures 1A, 1B, 1C and Figure 2, are sent and only then processed by the system stored in the cloud or on an external physical server. On mobile devices, only basic processing is performed, performed on any image. The functionality explored on these devices is that of capturing the image. Thus, after sending to a system stored in the cloud, the information begins to be extracted from the collected images.
[039] A Figura 3 representa o funcionamento do sistema como um todo, levando em consideração desde o processo de captura das imagens realizado através do IG11 até o envio do resultado para o usuário. O sistema de software não serve apenas de interface mas também para a conversão das imagens em dados, reconstrução holográfica e para qualificação e quantificação da amostra.[039] Figure 3 represents the functioning of the system as a whole, taking into account from the image capture process carried out through IG11 to the sending of the result to the user. The software system not only serves as an interface but also for the conversion of images into data, holographic reconstruction and for qualifying and quantifying the sample.
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12/20 [040] A Figura 4 descreve esquematicamente um sistema de predição analítica que usa árvores de decisões e um sistema de detecção de anomalias. O algoritmo utilizado foi desenvolvido para funcionamento em conjunto com um sistema de contagem automática, sem intervenção humana, com propriedades invariantes nas suas camadas de representação hierárquicas. O método obtém uma representação complexa e abstrata dos dados de forma hierárquica usando várias camadas de processamento não-linear. O algoritmo usa modelos de árvore de decisão CART de Leo Breiman além de componentes que tornam possível a inserção de uma grande quantidade de parâmetros como por exemplo: volume, frequência, dimensões, morfologia, e topografia. O algoritmo busca por similaridades e também por anomalias. Desta forma, são apontadas como anomalias quaisquer valores que estejam fora do padrão de referência. Nessa segunda camada de decisão, o algoritmo verifica o que é padrão dentro da anomalia.12/20 [040] Figure 4 schematically describes an analytical prediction system that uses decision trees and an anomaly detection system. The algorithm used was developed to work in conjunction with an automatic counting system, without human intervention, with invariant properties in its hierarchical representation layers. The method obtains a complex and abstract representation of the data in a hierarchical way using several layers of non-linear processing. The algorithm uses Leo Breiman's CART decision tree models in addition to components that make it possible to insert a large number of parameters such as: volume, frequency, dimensions, morphology, and topography. The algorithm looks for similarities and also for anomalies. In this way, any values that are outside the reference standard are identified as anomalies. In this second decision layer, the algorithm checks what is standard within the anomaly.
[041] As Figuras 5A, 5B, 5C mostram as telas do menu de um smartphone. Assim como em um laboratório de análises clínicas, é necessário que algumas informações sejam fornecidas para que o teste tenha resultados fiéis à realidade. Desta forma é necessário o preenchimento com respostas às perguntas sobre os medicamentos ingeridos, sobre a efetuação ou não da privação de água e alimentos durante o período que antecede o teste.[041] Figures 5A, 5B, 5C show the menu screens of a smartphone. As in a clinical analysis laboratory, it is necessary that some information is provided for the test to have results that are true to reality. Thus, it is necessary to fill in with answers to questions about the medications ingested, about whether or not water and food are deprived during the period before the test.
[042] A imagem 5D mostra esquematicamente uma das interfaces do aplicativo. O intuito desta é acrescentar dados que possam contribuir para uma análise mais detalhada da saúde do usuário. O formulário apresenta perguntas simples referentes a histórico médico familiar e também sobre a existência de alguma condição específica.[042] The 5D image schematically shows one of the application's interfaces. The purpose of this is to add data that can contribute to a more detailed analysis of the user's health. The form presents simple questions regarding family medical history and also about the existence of any specific condition.
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RESULTADOS EXPERIMENTAIS [043] A configuração experimental 1A foi utilizada para obter a Figura 6, onde 2 lentes foram utilizadas em conjunto com uma câmera de dispositivo portátil com no mínimo 5 megapixels.EXPERIMENTAL RESULTS [043] Experimental configuration 1A was used to obtain Figure 6, where 2 lenses were used in conjunction with a portable device camera with a minimum of 5 megapixels.
[044] Na Figura 6C nós comparamos a magnificação ROI com as imagens obtidas de ama amostra equivalente com a FlowCAM. A FlowCAM foi equipada com uma objetiva de 4x. Uma segunda comparação foi feita com um microscópio de fase 3X, em uma configuração implementada com lentes Rodenstock (f#5 e 15 mm de diâmetro) e um filtro de frequência adicionado à configuração em linha. Essa configuração ofereceu resultados equivalentes àqueles obtidos com a técnica de holografia digital utilizando configuração em linha (DIH) e às imagens da FlowCAM, que conta com resolução de apenas 200 micrômetros devido à reduzida profundidade de foco. As funcionalidades de zoom e de auto-foco podem fazer DIH realmente competitivos em comparação com outras técnicas. A enorme vantagem é em termos do Deep of Field (DoF), que pode escanear e reconstruir digitalmente a imagem com alta precisão, comparável com a de microscópios.[044] In Figure 6C we compare the ROI magnification with the images obtained from an equivalent sample with FlowCAM. FlowCAM was equipped with a 4x lens. A second comparison was made with a 3X phase microscope, in a configuration implemented with Rodenstock lenses (f # 5 and 15 mm in diameter) and a frequency filter added to the in-line configuration. This configuration offered results equivalent to those obtained with the digital holography technique using line configuration (IHL) and FlowCAM images, which have a resolution of only 200 micrometers due to the reduced depth of focus. Zoom and auto-focus features can make IHL really competitive compared to other techniques. The huge advantage is in terms of Deep of Field (DoF), which can scan and digitally reconstruct the image with high precision, comparable to that of microscopes.
[045] A configuração da Figura 2 pode garantir uma melhora na qualidade da imagem em alguns aspectos, como por exemplo na eliminação na supressão de imagens fantasmas.[045] The configuration in Figure 2 can guarantee an improvement in image quality in some aspects, such as eliminating ghost image suppression.
[046] Como pode ser visto nas Figuras 7A, 7B e 7C, a utilização do sistema holográfico traz benefícios em termos digitais já que é possível com o zoom e focagem automática, uma reconstrução de alta qualidade, agregando em termos de morfologia e topografia da amostra. A configuração em linha utilizada forneceu resultados comparáveis à DHI e imagens da FlowCAM.[046] As can be seen in Figures 7A, 7B and 7C, the use of the holographic system brings benefits in digital terms since it is possible with zoom and autofocus, a high quality reconstruction, adding in terms of morphology and topography of the sample. The inline configuration used provided results comparable to DHI and FlowCAM images.
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14/20 [047] As Figuras 8A, 8B, 8C, e 8D foram obtidasatravés de uma configuração em linha onde foi utilizada uma fonte de luz coerente de comprimento de onda igual 660 nm e potência de saída de até 30 mW atinge a amostra no suporte. A distância entre o laser e a lente colimadora foi fixada em 4,8 cm. Além disso, f oram feitas mensurações com laser de potência de saída até lOmW e comprimento de onda igual a 532 nm, e também com laser diodo de potência de saída até 5mW e 405nm de comprimento de onda. A câmera utilizada foi a webcam Logitech HD C270, em conjunto com duas lentes poliméricas ultrafinas de uso portátil e uma câmera do celular modelo iPhone 5s do fabricante Apple. Um filtro interferencial entre o laser e a amostra foi utilizado para remover os indesejados picos de energia, e reduzir a potência do laser. Desta forma, apenas o máximo central do padrão de difração passou através do sistema. Os componentes da amostra têm tamanhos que variam de 2 a 20 micrômetros.14/20 [047] Figures 8A, 8B, 8C, and 8D were obtained through an in-line configuration where a coherent light source of equal wavelength 660 nm and output power of up to 30 mW reaches the sample at Support. The distance between the laser and the collimating lens was fixed at 4.8 cm. In addition, measurements were made with laser output power up to 10mW and wavelength equal to 532 nm, and also with laser output power diode up to 5mW and 405nm wavelength. The camera used was the Logitech HD C270 webcam, in conjunction with two ultra-thin polymer lenses for portable use and a camera of the iPhone 5s cell phone model from Apple. An interference filter between the laser and the sample was used to remove unwanted power surges, and to reduce the laser power. In this way, only the central maximum of the diffraction pattern passed through the system. The sample components have sizes ranging from 2 to 20 micrometers.
[048] Ainda sobre as figuras 7A, 7B, 7C, e 7D, a distância entre a lente e a amostra foi variada entre 2mm e 5cm, com o auxílio de um suporte construído com a finalidade de fixar a câmera no setup e manter o foco das lentes do sistema. Uma lente foi colocada em contato direto com a webcam para aumentar a capacidade óptica do sistema. A configuração foi realizada de forma a tornar possível a captura de dados para reconstrução do holograma assim como a fluorescência dos componentes a serem testados. O método utilizado na microscopia de fluorescência tem benefícios diferentes daqueles da microscopia por holografia e quando conjugados em um mesmo sistema para coleta de dados, em conjunto com a sinergia entre software/hardware, conseguem minimizar as chances de erros e instabilidades que possam estar presentes no sistema como vibrações, imagens[048] Still on figures 7A, 7B, 7C, and 7D, the distance between the lens and the sample was varied between 2mm and 5cm, with the aid of a support built in order to fix the camera in the setup and maintain the system lens focus. A lens was placed in direct contact with the webcam to increase the optical capacity of the system. The configuration was performed in order to make it possible to capture data for reconstruction of the hologram as well as the fluorescence of the components to be tested. The method used in fluorescence microscopy has different benefits than those of holography microscopy and when combined in the same data collection system, together with the synergy between software / hardware, they are able to minimize the chances of errors and instabilities that may be present in the system like vibrations, images
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15/20 fantasmas, ou mesmo distorções. O foco automático faz com que haja uma compensação da falta de estabilidade mecânica mesmo em condições de menor controle técnico.15/20 ghosts, or even distortions. The automatic focus compensates for the lack of mechanical stability even under conditions of lesser technical control.
[049] Ainda sobre a obtenção das imagens 7A, 7B, 7C, e 7D, foi tomado um grande cuidado com a resolução lateral, pois a distinção dos diferentes tipos de células depende também desta. Essa resolução depende de vários parâmetros experimentais como: fonte de luz, definição do sensor, distância, tamanho do objeto, localização e campo de visão. Os testes foram majoritariamente realizados utilizando o comprimento de onda centrado na região do vermelho do espetro eletromagnético, porém o diodo azul permite que o sistema óptico esteja limitado à resolução imposta pelo tamanho do pixel. Apesar deste agregar mais em qualidade, ele encarece a configuração. A seleção do adequado comprimento de onda é importante pois desempenha papel significante no poder separador do equipamento.[049] Still on obtaining images 7A, 7B, 7C, and 7D, great care was taken with the lateral resolution, as the distinction of different types of cells also depends on this. This resolution depends on several experimental parameters such as: light source, sensor definition, distance, object size, location and field of view. The tests were mostly carried out using the wavelength centered in the red region of the electromagnetic spectrum, however the blue diode allows the optical system to be limited to the resolution imposed by the pixel size. Despite this adding more in quality, it makes configuration more expensive. The selection of the appropriate wavelength is important because it plays a significant role in the separating power of the equipment.
[050] A reconstrução da imagem é feita através da Fórmula de Gabor para a holografia. R representa a frente de onda de referencia, R' representa a frente de onda que cruza a amostra e traz a informação para difração.[050] Image reconstruction is done using the Gabor Formula for holography. R represents the reference wavefront, R 'represents the wavefront that crosses the sample and brings the information for diffraction.
I„ (z,y) = (+ + -F)* = |tf|2 + |j?f + Λ·/?' + /?'/?I „(z, y) = (+ + -F) * = | tf | 2 + | j? F + Λ · /? ' + /? '/?
fator dilatação é determinado pela distância axial. Para grandes distâncias, a dilatação aumenta. Para pequenas partículas podemos escrever a equação acima com a seguinte expressão analítica:dilation factor is determined by the axial distance. For long distances, the dilation increases. For small particles we can write the equation above with the following analytical expression:
/ (r) = 1 2ττα2 λζ/ (r) = 1 2ττα 2 λζ
Sin nr12 λζSin nr 12 λζ
2Jt tf?}2J t tf?}
27rar \z ττ2α4 27rar \ z ττ 2 α 4
Ã2^2 Ã 2 ^ 2
2πηΓ \z2πηΓ \ z
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A fim de gravar o padrão mínimo de difração para reconstruir o objeto, a distância entre a amostra e a câmara desempenha uma função importante, na formula ela é representada pelo parâmetro z. De fato, o fator de dilatação é determinada pela distância axial de gravação. Para a maior distância, a dilatação aumenta.In order to record the minimum diffraction pattern to reconstruct the object, the distance between the sample and the camera plays an important role, in the formula it is represented by the parameter z. In fact, the expansion factor is determined by the axial recording distance. For the longest distance, the dilation increases.
[051] O esforço sinérgico entre o hardware e software traz benefícios em termos de velocidade e de assertividade no que diz respeito aos dados decorrentes da análise da amostra. Em 7A, é possível observar componentes da série branca e da série vermelha, identificados pelo sistema. A imagem capturada utilizou luz de baixa coerência, luz LED. Utilizamos filtro duplo e luz monocromática para a obtenção da imagem 7B, onde novamente são retratados glóbulos brancos, glóbulos vermelhos e plaquetas. A imagem 7C retrata um componente do sangue isolado e foi obtida utilizando luz coerente de comprimento de onda na região do vermelho do espectro eletromagnético para que se pudesse efetuar a reconstrução holográfica do componente. A imagem 7C recebeu tratamento com filtro e foi reconstruída 7D.[051] The synergistic effort between hardware and software brings benefits in terms of speed and assertiveness with regard to data resulting from the analysis of the sample. In 7A, it is possible to observe components of the white series and the red series, identified by the system. The captured image used low coherence light, LED light. We used double filter and monochromatic light to obtain the 7B image, where again white blood cells, red blood cells and platelets are depicted. Image 7C depicts an isolated blood component and was obtained using coherent wavelength light in the red region of the electromagnetic spectrum so that holographic reconstruction of the component could be performed. The 7C image received filter treatment and the 7D was reconstructed.
[052] As imagens 8A fizeram uso de um sistema de interpretação e transformação dessas em dados. Isso traz benefícios enormes no que diz respeito à quantificação e qualificação das amostras. A triagem de imagens aliada à técnica de machine learning abre espaço para a categorização das células. Como parte do processo, aliamos o software para efetuar o processamento dos dados capturados pelo hardware. A utilização de machine learning ou de outra técnica onde exista o aprendizado automático da máquina, tem como objetivo aumentar a velocidade e diminuir o índice de erros decorrentes da inspeção visual. Outra vantagem de se utilizar esse tipo de inteligência e de se fazer um sistema[052] The 8A images used an interpretation system and transformed these into data. This has enormous benefits in terms of sample quantification and qualification. The screening of images combined with the technique of machine learning opens space for the categorization of cells. As part of the process, we combine the software to process the data captured by the hardware. The use of machine learning or another technique where automatic machine learning exists, aims to increase speed and decrease the rate of errors resulting from visual inspection. Another advantage of using this type of intelligence and making a system
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17/20 de hardware dependente e conectado ao software, é o estabelecimento de relação entre os dados que muitas vezes não parecem estar conectados. O fator crítico do nosso sistema é a escolha dos parâmetros e dados a serem inseridos. A análise de dados multidimensionais traz ganhos também na verificação da ocorrência da pré-disposição do desenvolvimento de algumas doenças. Por isso, é crítica a necessidade de formação de uma base de dados com informações que pertençam aos parâmetros adotados.17/20 of hardware dependent and connected to the software, is the establishment of a relationship between data that often does not seem to be connected. The critical factor of our system is the choice of parameters and data to be entered. The analysis of multidimensional data also brings gains in verifying the occurrence of the predisposition of the development of some diseases. For this reason, the need to form a database with information that belongs to the adopted parameters is critical.
[053] Dentre os benefícios de se empregar essa técnica estão a possibilidade de aplicação desta em diferentes tipos de amostras, a utilização de um sistema robusto ecapaz de criar relações não óbvias às inspeções humanas, a possibilidade de cruzamento de um grande volume de dados e ajuste do modelo matemático que descreve o sistema.[053] Among the benefits of using this technique are the possibility of applying it to different types of samples, the use of a robust system and capable of creating non-obvious relationships to human inspections, the possibility of crossing a large volume of data and adjustment of the mathematical model that describes the system.
[054] O sistema utilizado obedece a uma lógica de auto-aprendizagem, e inicialmente foi abastecido com uma base de dados seguindo algumas ações que são chamadas de aprendizado supervisionado. Nesse primeiro momento foram inseridos dados com o objetivo de se criar um universo de informações onde é possível fazer com que o sistema estabeleça relações entre os parâmetros fornecidos de forma assistida. A base de dados é um fator crítico assim como a escolha dos parâmetros. Toda a estrutura de resultados é construída sobre a premissa de que os dados são verdadeiros e confiáveis. A inserção de dados foi suficiente para que o sistema aprendesse a categorizar e a criar grupos. Foram adotados parâmetros como, diâmetro, formato, volume, fluorescência são utilizados para a qualificação das nossas amostras que envolvem diferentes tipos de células. O processo de aprendizagem da máquina se dá com a estrutura[054] The system used follows a logic of self-learning, and was initially supplied with a database following some actions that are called supervised learning. In this first moment, data were inserted in order to create a universe of information where it is possible to make the system establish relationships between the parameters provided in an assisted way. The database is a critical factor as well as the choice of parameters. The entire results structure is built on the premise that the data is true and reliable. The insertion of data was sufficient for the system to learn to categorize and create groups. Parameters such as diameter, shape, volume, fluorescence were used to qualify our samples that involve different types of cells. The machine learning process takes place with the structure
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18/20 de dados fornecidos e através da criação de grupos de generalizações. Nesse caso, dados são inseridos no sistema fazendo com que a máquina comece a estabelecer novas relações entre esses.18/20 of data provided and by creating generalization groups. In this case, data is entered into the system causing the machine to start establishing new relationships between them.
[055] O algoritmo de aprendizagem de máquina utilizado nas imagens 8A, 8B, 8B e 8D, infere automaticamente as regras para discriminar as classes, que podem ser aplicadas para o conjunto de dados completo. Diferentemente das abordagens supervisionadas, os métodos não supervisionadas permitem a exploração dos fenótipos desconhecidos. O sistema é parte essencial do processo e é utilizado na triagem de imagens onde a morfologia celular é descrita com a ajuda de marcadores fluorescentes e com o uso de holografia. O aprendizado do nosso sistema se baseia na classificação através da definição de fenótipos por exemplos representativos. O algoritmo converte as imagens em uma base de dados adequada para o processamento do sistema. Os objetos são descritos pelas características quantitativas. Através do algoritmo foi possível definir controle sobre o sistema de auto-foco, melhorando a imagem no que diz respeito às definições do pixel. E além disso foi inserido o descarte de fatores como instabilidade mecânica, iluminação variável das fontes externas, imperfeições das lentes e das lâminas onde são depositadas as amostras, que são considerados poluição. Definimos os objetos de interesse para formarmos a base para a classificação. A detecção de objetos se baseia nas características destes como por exemplo o contorno e propriedades da região. É necessária a efetuação da segmentação antes da descrição das características quantitativas pois a distinção dos componentes será efetuada através de um algoritmo de classificação. O aumento da dimensionalidade torna o processo de classificação[055] The machine learning algorithm used in images 8A, 8B, 8B and 8D, automatically infer the rules for discriminating classes, which can be applied to the complete data set. Unlike supervised approaches, unsupervised methods allow the exploration of unknown phenotypes. The system is an essential part of the process and is used to screen images where cell morphology is described with the help of fluorescent markers and the use of holography. The learning of our system is based on classification through the definition of phenotypes by representative examples. The algorithm converts the images into a database suitable for processing the system. Objects are described by quantitative characteristics. Through the algorithm it was possible to define control over the auto-focus system, improving the image with respect to the pixel definitions. In addition, the disposal of factors such as mechanical instability, variable lighting from external sources, imperfections of the lenses and blades where the samples are deposited, which are considered pollution, was inserted. We define the objects of interest to form the basis for the classification. The detection of objects is based on their characteristics such as the contour and properties of the region. It is necessary to carry out the segmentation before the description of the quantitative characteristics because the distinction of the components will be made through a classification algorithm. The increase in dimensionality makes the classification process
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19/20 exponencialmente mais complexo, uma vez que o número de características define a multidimensionalidade. Desta forma, a escolha correta dos parâmetros impacta tão fortemente no resultado. A multidimensionalidade do sistema pode ser reduzida com o uso de um algoritmo que de forma automática efetue a seleção dos parâmetros mais relevantes.19/20 exponentially more complex, since the number of characteristics defines multidimensionality. In this way, the correct choice of parameters impacts the result so strongly. The system's multidimensionality can be reduced with the use of an algorithm that automatically selects the most relevant parameters.
[056] O LED é uma fonte de luz alternativa na configuração do dispositivo e foi utilizado para a obtenção da Figura 8B. A captação utilizou a configuração em linha.[056] The LED is an alternative light source in the device configuration and was used to obtain Figure 8B. The capture used the inline configuration.
[057] A qualidade das imagens deve ser suficiente e não redundante para que o sistema de software consiga efetuar as comparações. Para isso, não é feita apenas a mensuração de apenas um parâmetro. Para minimizar os erros de classificação de um fenótipo e reduzir os falso-negativos foi adotada a métrica de desempenho de erro total. Independentemente do algoritmo de aprendizagem, um aumento no número de funcionalidades geralmente requer mais exemplos de formação.[057] The quality of the images must be sufficient and not redundant for the software system to be able to make the comparisons. For this, it is not only the measurement of just one parameter. In order to minimize the classification errors of a phenotype and reduce false negatives, the total error performance metric was adopted. Regardless of the learning algorithm, an increase in the number of features generally requires more training examples.
[058] A Figura 9 mostra um tipo de relação possível utilizando o conjunto hardware e software. O paciente A faz uso dos medicamentos X, Y, e Z. Um segundo paciente B também faz uso das medicações X, Y, e Z. Muitas vezes existem efeitos causados pelo uso conjunto de um grupo de medicamentos, nesse caso X,Y, e Z, mas que não são reconhecidos justamente por não existirem associações óbvias e é claro, dada a pluralidade de medicamentos e de combinações. Fazendo uso desse sistema é possível estabeler vínculos entre o uso conjugado dos medicamentos e os efeitos decorrentes disso. Para detecção de padrões não esperados dentro do espaço amostral ou seja, das anomalias, é utilizado o aprendizado não supervisionado. As generalizações são[058] Figure 9 shows a type of relationship possible using the hardware and software set. Patient A uses drugs X, Y, and Z. A second patient B also uses drugs X, Y, and Z. There are often effects caused by the joint use of a group of drugs, in this case X, Y, and Z, but which are not recognized precisely because there are no obvious associations and of course, given the plurality of drugs and combinations. Using this system, it is possible to establish links between the combined use of medications and the resulting effects. In order to detect unexpected patterns within the sample space, that is, anomalies, unsupervised learning is used. Generalizations are
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20/20 feitas a partir das variações detectadas. O objetivo geral de qualquer método de aprendizagem de máquina é generalizar a partir de alguns exemplos de treinamento para fazer previsões precisas sobre grandes conjuntos de amostras de dados que não foram analisadas pelo sistema.20/20 made from the detected variations. The general purpose of any machine learning method is to generalize from some training examples to make accurate predictions about large sets of data samples that have not been analyzed by the system.
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